大跨度环形空间索结构施工成形方法研究

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1、大跨度环形空间索结构施工成形方法研究大跨度环形空间索结构作为继索穹顶结构之后的新型结构，具有独特的造型特点，用于做体育场看台罩棚有非常好的建筑适应性。而此类结构体系独特的结构形式赋予结构特殊的力学性能，结构整体能够实现自平衡，且具有轻质高强的特点。    短短十几年来，国内该类结构的研究已经突破了空白，并兴建了数座此类大型体育场。尽管此类结构优势明显，但由于结构采用索实现，属于柔性结构，成形之前结构的刚度由零递增，所以结构的成形过程具有很强的非线性，需要进行较深入的研究。    本文主要结合几项典型工程，针对这种结构工程施工中的成形问题进行一些探讨。在查阅大量文献的基础上，对大跨度环形空

2、间索结构这一新型结构的出现及特点进行介绍，并指出该类型结构体系的优点及未来发展前景。        大跨环形空间索结构的特点及拓扑形式    工程师及学者们既希望大跨度结构能够实现轻质高强，又希望结构的施工成形过程能够比较易于实现，于是在张拉结构的发展过程中，出现了一种新型环向索结构。这种结构内部由柔性或刚性的索构成环，外部为环索、桅杆或背索等，在内外环之间通过径向索连接而形成一个自平衡的索桁体系。这种大跨度环形空间索结构主要用于作为体育场等大型场馆的罩棚，不仅能够获得较大的无障碍空间，而且造型时尚优美，质量轻而强度高，因此很受众多工程师们的青睐。    大跨度环形空间索结构内部为大开孔

3、的环状，建筑适应性好，适于做体育场看台罩棚。其结构内环拉，外环压，内部受力自平衡。与索穹顶结构相比较，该类结构施工相对方便，工期短，也易于维护。    结构特点：自平衡大跨度环形空间索结构是一种自平衡体系，在结构成形过程中不断达到自平衡状态；全张力状态结构处于连续的张力状态，从而让压力成为张力海洋中的孤岛，构成结构的索始终处于张拉状态；与形状有关，与任何柔性的索系结构一样，大跨度环形空间索结构的工作机理和能力依赖于自身的形状。如果不能找出使之成形的外形，索穹顶结构不能工作。如果找不到结构的合理形态，也就没有良好的工作性能。    officiallyestablishedonJuly1,

4、2013,Yibincity,formerlyknownasthebus,integratedoriginalrongzhoubuscompanyinYibincityandMetrobuscompany,formedonlyinYibincityofaState-ownedpublictransportenterprises,thecompanyconsistsofoneortwo,thirdDivision.Integrationofpublictransportservicesisnotyetestablished所以，索穹顶的分析和设计主要基于形态分析理论，所谓形态分析应是形状、

5、拓朴和受力状态的分析；预应力提供刚度结构的自然刚度几乎为零，刚度主要由预应力(初应力)提供。因此，结构的形状、刚度与预应力分布及其大小密切相关。此类结构内部可以为一环或两环索；外部可以为一环或两环索，也可以是桅杆或背索；而连接环向索的径向索之间撑杆的有无及受力特点也不一样，因此这种大跨度环形空间索结构的拓扑形式又分可分为不同类型，如外部一环内部两环，外部两环内部一环等形式。    目前全世界建成的这种结构并不多，根据内外环结构的不同又分为不同形式：内环为两环拉索，外环为一环受压梁。如2011年落成的深圳宝安体育场，马来西亚吉隆坡室外体育场，韩国釜山体育场；内环为一环拉索，外环为两环受压梁

6、。如2006年建成的佛山世纪莲体育场；内环为一环拉索，外环为一环受压梁。如科威特国家体育场；内环为一环拉索，外环为桅杆。如2003年落成的威海成山体育场；内环为一环拉索，外环为受压钢桁架。如2006年德国世界杯使用的德国斯图加特体育场，伦敦碗。结构施工成形总体方式分析这种张拉整体结构是由索、杆构成的典型的柔性结构，在施工过程中从结构组装一直到结构成形刚度是从无到有的，结构的几何非线性极强，在实际施工过程中，对结构形状的控制也非常有难度。结构成形可供选择的张拉方案很多。张拉索与索之间的相互影响很大，不论采用何种方式张拉都要对整个张拉过程进行全方位的仿真模拟。各种不同的张拉方案都有其特点，张

7、拉方案的选取不仅涉及到张拉效率、可操作性等，而且还涉及到张拉过程中结构的安全性，因此合理张拉方案的确定在工程中至关重要。目前对该种结构的研究以及对结构成形过程的研究很少，需要进行相关探索。    外双环内单环成形方式——佛山世纪莲体育场屋面的投影呈环形，屋盖由主体钢结构系统、索网系统和膜系统组成。外环(上压环)直径310米，为主体钢结构，包括上下压环和腹杆。内环内环直径为125米，由内环索组成。索网系统还包括上径向索(脊索)、下径向